一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于：包括單片機(jī)和與單片機(jī)輸入端連接的用于采集人力腳踏速度和扭矩的力矩輸入模塊、欠壓保護(hù)模塊、過(guò)流保護(hù)模塊、剎車(chē)信號(hào)采集模塊，力矩輸入模塊輸入端連接位置脈沖信號(hào)發(fā)生模塊，單片機(jī)輸出端與欠壓報(bào)警模塊、PWM驅(qū)動(dòng)電路連接，欠壓報(bào)警模塊連接揚(yáng)聲器，PWM驅(qū)動(dòng)電路連接電機(jī)。本實(shí)用新型采用脈寬調(diào)制(PWM)配以單片機(jī)為中心控制單元的調(diào)速系統(tǒng)，利用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的調(diào)速，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了欠壓保護(hù)、欠壓報(bào)警和過(guò)電流保護(hù)護(hù)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電動(dòng)助力車(chē)電量不足和電流過(guò)大時(shí)進(jìn)行保護(hù)，該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]世界上電動(dòng)助力車(chē)擁有總量1.3億輛，年生產(chǎn)約3000萬(wàn)輛。目前世界上已經(jīng)有40萬(wàn)輛各式電動(dòng)助力車(chē)，電動(dòng)助力車(chē)的潛在市場(chǎng)巨大，估計(jì)到2000年總數(shù)將達(dá)到200萬(wàn)輛。
[0003]隨著改革開(kāi)放的深入和生活水平普遍提高，人們希望獲得輕巧便捷的交通工具。因此，當(dāng)90年初推出燃油助力車(chē)時(shí)，市場(chǎng)獲得很大的成功，但燃油助力車(chē)的發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染。北京、上海都被列入世界大氣污染最嚴(yán)重的十大城市之一。各地相繼制定政策措施，限制燃油助力車(chē)的銷(xiāo)售和使用。作為燃油助力車(chē)替代品的電動(dòng)助力車(chē)有著廣闊的前景。
[0004]我國(guó)內(nèi)地雖然潛在有巨大的電動(dòng)助力車(chē)市場(chǎng)，研究開(kāi)發(fā)電動(dòng)助力車(chē)的廠家、高校和科研單位也不少，有的單項(xiàng)技術(shù)水平也不低，但整車(chē)質(zhì)量也不高，尚未形成強(qiáng)有力聯(lián)合開(kāi)發(fā)、開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)化方面已經(jīng)具有一定規(guī)模。目前上海的道路建設(shè)跟不上車(chē)輛的發(fā)展，車(chē)輛行駛速度緩慢，據(jù)測(cè)平均速度不到12Km/h。車(chē)輛行駛慢時(shí)，污染物排放比正常行駛時(shí)更多。市區(qū)中心的一氧化碳、碳?xì)浠衔锟偭康?0 %來(lái)自機(jī)動(dòng)車(chē)排放的污染物。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，本實(shí)用新型采用脈寬調(diào)制(PWM)配以單片機(jī)為中心控制單元的調(diào)速系統(tǒng)，利用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的調(diào)速，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了欠壓保護(hù)、欠壓報(bào)警和過(guò)電流保護(hù)護(hù)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電動(dòng)助力車(chē)電量不足和電流過(guò)大時(shí)進(jìn)行保護(hù)，該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:包括單片機(jī)和與單片機(jī)輸入端連接的用于采集人力腳踏速度和扭矩的力矩輸入模塊、欠壓保護(hù)模塊、過(guò)流保護(hù)模塊、剎車(chē)信號(hào)采集模塊，所述力矩輸入模塊輸入端連接位置脈沖信號(hào)發(fā)生模塊，所述單片機(jī)輸出端與欠壓報(bào)警模塊、PWM驅(qū)動(dòng)電路連接，所述欠壓報(bào)警模塊連接揚(yáng)聲器，所述PWM驅(qū)動(dòng)電路連接電機(jī)。
[0007]上述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)采用8051單片機(jī)。
[0008]上述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述位置脈沖信號(hào)發(fā)生模塊采用霍爾傳感器。
[0009]上述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電機(jī)采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。
[0010]上述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PWM驅(qū)動(dòng)電路采用三相星形聯(lián)結(jié)全控電路。
[0011]上述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述過(guò)流保護(hù)模塊包括采樣電阻R和比較器LM324。
[0012]上述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述欠壓報(bào)警模塊由揚(yáng)聲器和三極管組成。
[0013]上述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述欠壓保護(hù)模塊為由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓比較電路。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0015]本實(shí)用新型采用脈寬調(diào)制(PWM)配以單片機(jī)為中心控制單元的調(diào)速系統(tǒng)，利用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的調(diào)速，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了欠壓保護(hù)、欠壓報(bào)警和過(guò)電流保護(hù)護(hù)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電動(dòng)助力車(chē)電量不足和電流過(guò)大時(shí)進(jìn)行保護(hù)，該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
[0016]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型的PffM驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型的過(guò)流保護(hù)電路原理圖；
[0020]圖4是本實(shí)用新型的欠壓報(bào)警電路原理圖；
[0021 ]圖5是本實(shí)用新型的欠壓保護(hù)電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1所示，一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:包括單片機(jī)I和與單片機(jī)I輸入端連接的用于采集人力腳踏速度和扭矩的力矩輸入模塊3、欠壓保護(hù)模塊4、過(guò)流保護(hù)模塊5、剎車(chē)信號(hào)采集模塊6，所述力矩輸入模塊3輸入端連接位置脈沖信號(hào)發(fā)生模塊2，所述單片機(jī)I輸出端與欠壓報(bào)警模塊7、PWM驅(qū)動(dòng)電路8連接，所述欠壓報(bào)警模塊7連接揚(yáng)聲器，所述PffM驅(qū)動(dòng)電路8連接電機(jī)。
[0023]本實(shí)施例中，所述單片機(jī)I采用8051單片機(jī)。
[0024]本實(shí)施例中，所述位置脈沖信號(hào)發(fā)生模塊2采用霍爾傳感器。
[0025]本實(shí)施例中，所述電機(jī)采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒(méi)有勵(lì)磁損耗:發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)既有一般直流電機(jī)良好的調(diào)速啟動(dòng)性能，又具有壽命長(zhǎng)，沒(méi)有換向火花，沒(méi)有無(wú)線電干擾，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便及噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。
[0026]本實(shí)施例中，所述PWM驅(qū)動(dòng)電路8采用三相星形聯(lián)結(jié)全控電路。如圖2所示，該電路中，電動(dòng)機(jī)的三相繞組為星形聯(lián)結(jié)。V1、V2、V3、V4、V5、V6為六只M0DFET功率管，起繞組的開(kāi)關(guān)作用上橋臂是P溝道M0SFET(V1、V3、V5)，其柵極為低電平時(shí)導(dǎo)通，下橋臂是N溝道M0SFET(V4、V6、V2)，其柵極為高電平是導(dǎo)通。它們的通電方式又可分為兩兩導(dǎo)通方式和三三導(dǎo)通方式兩種。在本實(shí)施例中采用兩兩導(dǎo)通方式。所謂兩兩導(dǎo)通方式是指每一瞬間有兩個(gè)功率管導(dǎo)通，每隔1/6周期(60°電角度)換相一次，每次換相一個(gè)功率管，每一功率管導(dǎo)通120°電角度。
[0027]本實(shí)施例中，所述過(guò)流保護(hù)模塊5包括采樣電阻R和比較器LM324。其原理圖如圖3所示。本設(shè)計(jì)中，主電路中通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流最終是經(jīng)過(guò)電阻R接地。過(guò)流保護(hù)電路是由采樣電路R和比較器LM324硬件組成。因此，Uf = RIm，其大小正比于電動(dòng)機(jī)的電流Im。而Uf同給定電壓Uo分別送到LM324運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端，一旦直流電動(dòng)機(jī)電流增大，在采樣電阻R上的壓降增大，反饋電壓Uf大于給定信號(hào)Uo，則比較器LM324輸出低電平，使得主電路中3只MOSFET開(kāi)關(guān)管V4、V6、V2被關(guān)斷，無(wú)法導(dǎo)通，從而截?cái)嗔酥绷鳠o(wú)刷電動(dòng)機(jī)定子繞組的所有電流通路，迫使電動(dòng)機(jī)電流下降，R上的壓降也減??；一旦電流下降到使反饋電壓Uf小于給定電壓Uo時(shí)，則比較器LM324輸出又回到高電平，使主電路的MOSFET開(kāi)關(guān)管V4、V6、V2又具備導(dǎo)通的能力，恢復(fù)正常的通斷順序。依此，電流被限制在Uo/R上下，達(dá)到過(guò)流保護(hù)的目的。
[0028]本實(shí)施例中，所述欠壓報(bào)警模塊7由揚(yáng)聲器和三極管組成。本設(shè)計(jì)采用光電藕合的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器后，即可發(fā)出聲音信號(hào)，欠壓報(bào)警電路由揚(yáng)聲器和三極管組成，由單片機(jī)的P0.7 口控制，揚(yáng)聲器的三極管采用8050，揚(yáng)聲器可選用4歐或8歐負(fù)載，報(bào)警電路如圖4所示。
[0029]本實(shí)施例中，所述欠壓保護(hù)模塊4為由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓比較電路。其電路如圖5所示，欠壓現(xiàn)象是緩沖變化得故障，當(dāng)電動(dòng)助力車(chē)的蓄電池輸出電壓低于一定值時(shí)，會(huì)造成電機(jī)功率的下降，并使得驅(qū)動(dòng)控制器的集成電路工作電壓達(dá)不到其正常工作電壓，就有可能造成輸出信號(hào)錯(cuò)亂，是控制系統(tǒng)工作在非正常狀態(tài)，功率開(kāi)關(guān)管工作不可靠，又可能出現(xiàn)應(yīng)該導(dǎo)通的沒(méi)有導(dǎo)通，而應(yīng)該關(guān)斷的沒(méi)有關(guān)斷的情況，使電機(jī)工作不正常甚至損壞。
[0030]本實(shí)用新型的電動(dòng)助力車(chē)控制系統(tǒng)的硬件電路主要有4部分:I)檢測(cè)部分2)控制部分3)保護(hù)部分4)欠壓報(bào)警部分。從總的方面來(lái)考慮，傳感器的使用應(yīng)該盡量減少單片機(jī)的信號(hào)處理量，但是又必須能使車(chē)行駛自如?？刂齐娐芬鶕?jù)選用電機(jī)和傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0031]控制核心采用8051單片機(jī)，采用速度傳感器和力矩傳感器采集人力腳踏速度和扭矩，并利用8051單片機(jī)作為信號(hào)處理單元，以完成對(duì)人力腳踩輸出功率的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能助力。
[0032]系統(tǒng)的工作流程敘述如下:
[0033]選用8051單片機(jī)Pl作為輸出口，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制全橋驅(qū)動(dòng)電路上橋臂的P溝道MOSFET，通過(guò)與門(mén)控制下橋臂的N溝道MOFET。8051的P0.0 口作為P麗輸出口，控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，P0.4-P0.6作為輸入口，連接位置檢測(cè)器輸出的控制信號(hào)，8051的所有輸出口都接上拉電阻，與-5V負(fù)載電平相匹配。
[0034]由位置檢測(cè)器檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)，控制器對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)。而這些信號(hào)根據(jù)輸入信號(hào)的要求，以一定的順序觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)器件，將電源按照一定的邏輯關(guān)系分配給電動(dòng)機(jī)定子各相繞組，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。
[0035]由于本設(shè)計(jì)中電動(dòng)助力車(chē)采用帶有力矩傳感器的輪轂永磁直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，霍爾傳感器將會(huì)產(chǎn)生8個(gè)脈沖信號(hào)。這些脈沖信號(hào)源連接在8051單片機(jī)的計(jì)數(shù)器定時(shí)器口，然后采取定時(shí)測(cè)脈沖的方法求的電動(dòng)助力車(chē)的行駛速度。
[0036]采集到力矩傳感器的輸入信號(hào)以后，可以由8051求出腳踏的輸出功率，然后根據(jù)直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸入輸出特性。8051單片機(jī)在P0.0 口(8051的P0.0 口作為PWM的輸出口)輸出不同占空比寬度的矩形脈沖信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的調(diào)速控制。
[0037]為了防止電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，過(guò)流或異常運(yùn)行時(shí)，大電流對(duì)控制電路，功率逆變器和電動(dòng)機(jī)本體造成損害，設(shè)計(jì)了過(guò)電流保護(hù)電路，在主電路上串聯(lián)一個(gè)采樣電阻，將采樣電阻兩端電壓與設(shè)定的電壓進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)主電路是否過(guò)流，如發(fā)生過(guò)流，則由硬件控制部分來(lái)完成保護(hù)。
[0038]當(dāng)電動(dòng)機(jī)電源電壓太低時(shí)，相應(yīng)電平也會(huì)送入單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的關(guān)斷，電動(dòng)機(jī)慣性滑行，起到保護(hù)作用，并同時(shí)啟動(dòng)欠壓報(bào)警，提醒使用者電壓不足，需要充電。
[0039]以上詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本實(shí)用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:包括單片機(jī)(I)和與單片機(jī)(I)輸入端連接的用于采集人力腳踏速度和扭矩的力矩輸入模塊(3)、欠壓保護(hù)模塊(4)、過(guò)流保護(hù)模塊(5)、剎車(chē)信號(hào)采集模塊(6)，所述力矩輸入模塊(3)輸入端連接位置脈沖信號(hào)發(fā)生模塊(2)，所述單片機(jī)(I)輸出端與欠壓報(bào)警模塊(7)、PWM驅(qū)動(dòng)電路(8)連接，所述欠壓報(bào)警模塊(7)連接揚(yáng)聲器，所述PffM驅(qū)動(dòng)電路(8)連接電機(jī)。2.如權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)(I)采用8051單片機(jī)。3.如權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述位置脈沖信號(hào)發(fā)生模塊(2)采用霍爾傳感器。4.如權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電機(jī)采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。5.如權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PWM驅(qū)動(dòng)電路(8)采用三相星形聯(lián)結(jié)全控電路。6.如權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述過(guò)流保護(hù)模塊(5)包括采樣電阻R和比較器LM324。7.如權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述欠壓報(bào)警模塊(7)由揚(yáng)聲器和三極管組成。8.如權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)助力車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述欠壓保護(hù)模塊(4)為由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓比較電路。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK205540119SQ201620175265
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年3月9日
【發(fā)明人】魏夙亮
【申請(qǐng)人】魏夙亮